Các phần tử tuyến tính và phi tuyến tính của mạch điện

yếu tố tuyến tính

Các phần tử của mạch điện mà sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào điện áp I (U) hoặc điện áp vào dòng điện U (I), cũng như điện trở R, là không đổi, được gọi là các phần tử tuyến tính của mạch điện . Theo đó, một mạch bao gồm các phần tử như vậy được gọi là mạch điện tuyến tính.

Các phần tử tuyến tính được đặc trưng bởi đặc tính dòng điện-điện áp đối xứng tuyến tính (CVC), giống như một đường thẳng đi qua gốc tọa độ ở một góc nhất định so với các trục tọa độ. Điều này cho thấy rằng đối với các phần tử tuyến tính và mạch điện tuyến tính Định luật Ohm tuân thủ nghiêm ngặt.

Ngoài ra, chúng ta không chỉ nói về các phần tử có điện trở thuần hoạt động R, mà còn về độ tự cảm tuyến tính L và điện dung C, trong đó sự phụ thuộc của từ thông vào dòng điện - Ф (I) và sự phụ thuộc của điện tích tụ điện vào dòng điện. điện áp giữa các bản của nó — q(U).

Một ví dụ điển hình của một yếu tố tuyến tính là điện trở dây cuộn… Dòng điện qua một điện trở như vậy trong một dải điện áp hoạt động nhất định phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của điện trở và vào điện áp đặt vào điện trở.

Đặc tính dây dẫn (đặc tính dòng điện-điện áp) - mối quan hệ giữa điện áp đặt vào dây dẫn và dòng điện chạy trong dây dẫn (thường được biểu thị bằng đồ thị).

Ví dụ, đối với một dây dẫn kim loại, dòng điện trong nó tỷ lệ thuận với điện áp đặt vào, và do đó, đặc tính là một đường thẳng. Đường dây càng dốc thì điện trở của dây càng thấp. Tuy nhiên, một số dây dẫn trong đó dòng điện không tỷ lệ với điện áp đặt vào (ví dụ: đèn phóng điện khí) có đặc tính điện áp dòng điện phi tuyến tính phức tạp hơn.

yếu tố phi tuyến tính

Nếu đối với một phần tử của mạch điện, sự phụ thuộc của dòng điện vào điện áp hoặc điện áp vào dòng điện, cũng như điện trở R, không phải là hằng số, tức là chúng thay đổi tùy thuộc vào dòng điện hoặc điện áp đặt vào, thì các phần tử đó được gọi là phi tuyến tính và theo đó, một mạch điện , chứa ít nhất một phần tử phi tuyến tính, hóa ra mạch điện phi tuyến tính.

Đặc tính dòng điện-điện áp của một phần tử phi tuyến tính không còn là một đường thẳng trên đồ thị, nó phi tuyến tính và thường không đối xứng, chẳng hạn như một đi-ốt bán dẫn. Định luật Ôm không thỏa mãn đối với các phần tử phi tuyến tính của mạch điện.

Trong bối cảnh này, chúng ta không chỉ có thể nói về bóng đèn sợi đốt hoặc thiết bị bán dẫn mà còn về điện cảm và tụ điện phi tuyến tính, trong đó từ thông Φ và điện tích q có quan hệ phi tuyến tính với dòng điện trong cuộn dây hoặc với điện áp giữa các bản của tụ điện. Do đó, đối với họ, các đặc tính Weber-ampere và đặc tính Coulomb-volt sẽ phi tuyến tính, chúng được thiết lập bằng bảng, biểu đồ hoặc hàm phân tích.

Một ví dụ về phần tử phi tuyến tính là đèn sợi đốt. Khi dòng điện qua dây tóc của đèn tăng lên, nhiệt độ của nó tăng lên và điện trở tăng lên, nghĩa là nó không cố định và do đó phần tử này của mạch điện là phi tuyến tính.

điện trở tĩnh

Đối với các phần tử phi tuyến tính, một điện trở tĩnh nhất định được đặc trưng tại mỗi điểm của đặc tính I - V của chúng, nghĩa là mỗi tỷ lệ điện áp trên dòng điện tại mỗi điểm của biểu đồ được gán một giá trị điện trở nhất định. tiếp tuyến của góc alpha của hệ số góc của đồ thị với trục I nằm ngang như thể điểm này nằm trên một đồ thị đường thẳng.

điện trở chênh lệch

Các phần tử phi tuyến tính cũng có cái gọi là điện trở vi sai, được biểu thị bằng tỷ lệ giữa mức tăng điện áp cực nhỏ với sự thay đổi tương ứng của dòng điện. Điện trở này có thể được tính bằng tang của góc giữa tiếp tuyến của đặc tính I - V tại một điểm nhất định và trục hoành.

Cách tiếp cận này làm cho việc phân tích và tính toán các mạch phi tuyến đơn giản càng đơn giản càng tốt.

Hình trên cho thấy đặc tính I - V của một điển hình điốt… Nó nằm ở góc phần tư thứ nhất và thứ ba của mặt phẳng tọa độ, điều này cho chúng ta biết rằng với điện áp dương hoặc âm đặt vào tiếp giáp pn của diode (theo hướng này hay hướng khác) thì sẽ có sự phân cực thuận hoặc ngược từ tiếp giáp pn của diode. Khi điện áp trên diode tăng theo cả hai hướng, dòng điện ban đầu tăng nhẹ, sau đó tăng mạnh. Vì lý do này, diode thuộc về mạng lưỡng cực phi tuyến không điều khiển được.

Hình này cho thấy một họ có các đặc điểm I - V điển hình. điốt quang trong các điều kiện ánh sáng khác nhau. Chế độ hoạt động chính của photodiode là chế độ phân cực ngược, khi ở thông lượng ánh sáng không đổi Ф, dòng điện thực tế không thay đổi trong một dải điện áp hoạt động khá rộng. Trong các điều kiện này, sự biến điệu của thông lượng ánh sáng chiếu sáng đi-ốt quang sẽ dẫn đến sự điều biến đồng thời dòng điện qua đi-ốt quang. Do đó, photodiode là một thiết bị lưỡng cực phi tuyến có điều khiển.

Đây là VẠC thyristor, ở đây bạn có thể thấy sự phụ thuộc rõ ràng của nó vào độ lớn của dòng điện cực điều khiển. Trong góc phần tư đầu tiên - phần làm việc của thyristor. Ở góc phần tư thứ ba, điểm bắt đầu của đặc tính I - V là dòng điện nhỏ và điện áp đặt vào lớn (ở trạng thái đóng, điện trở của thyristor rất cao). Trong góc phần tư đầu tiên, dòng điện cao, điện áp rơi nhỏ - thyristor hiện đang mở.

Thời điểm chuyển từ trạng thái đóng sang trạng thái mở xảy ra khi một dòng điện nhất định được đưa vào điện cực điều khiển. Sự chuyển từ trạng thái mở sang trạng thái đóng xảy ra khi dòng qua thyristor giảm.Do đó, thyristor là một ba cực phi tuyến tính được điều khiển (giống như một bóng bán dẫn trong đó dòng thu phụ thuộc vào dòng cơ sở).